《高三物理一轮配套练习8.3 带电粒子在复合场中的运动 选修31.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高三物理一轮配套练习8.3 带电粒子在复合场中的运动 选修31.doc（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三节 带电粒子在复合场中的运动随堂演练巩固1.(2012浙江温州高三八校联考,8)如图所示,有一金属块放在垂直于表面C的匀强磁场中,磁感应强度为B,金属块的厚度为d,高为h.当有稳恒电流I平行平面C的方向通过时,由于磁场力的作用,金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为(上下两面M、N上的电压分别为、 A.|B.| C.|D.| 【解析】 设电子的定向运动速度为v,单位体积内的自由电子数目为n,稳恒电流通过时,自由电子所受洛伦兹力与电场力平衡,有Bev=|,根据电流的微观表达式有I=neSv,解以上两式得|. 【答案】 C 2.目前,世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机,如图表示它的
2、原理:将一束等离子体喷射入磁场(速度方向垂直纸面进去),在磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷,产生电压.以下正确的是( ) A.B板带正电 B.A板带正电 C.其他条件不变,只增大射入速度增大 D.其他条件不变,只增大磁感应强度增大 【解析】 由左手定则知正电荷向B板,B板带正电,A对B错;平衡稳定时,有可看出增大射入速度或增大磁感应强度均增大,C 、D正确。【答案】 ACD 3.(2012浙江温州高三八校联考,6)如图所示,真空中存在竖直向上的匀强电场和水平方向的匀强磁场,一质量为m,带电荷量为q的物体以速度v在竖直平面内做半径为R的匀速圆周运动,假设t=0的时刻物体在轨迹最
3、低点且重力势能为零,电势能也为零,则下列说法不正确的是( ) A.物体带负电且做逆时针转动 B.物体运动的过程中,机械能与电势能之和保持不变且大小为 C.物体运动的过程中,重力势能随时间的变化关系是p=mgR(1-cos D.物体运动的过程中,电势能随时间的变化关系是p=mgR(cos 【解析】 物体做匀速圆周运动,应有电场力与重力平衡,则物体所受电场力应竖直向上,带正电;洛伦兹力提供向心力,根据左手定则可知,物体应顺时针转动,选项A错误;物体受重力、电场力和洛伦兹力作用,只涉及机械能和电势能,因而二者之和不变,选项B正确;如图所示,设经过时间t,物体位置如图所示,则此时重力势能=mgR(1-
4、cos而/R,得=mgR(1-cos选项C正确;因动能不变,所以电势能的变化与重力势能的变化大小相等,变化情况相反,选项D正确. 【答案】 D 4.(2010海南高考,15)图中左边有一对平行金属板,两板相距为d.电压为U;两板之间有匀强磁场,磁感应强度大小为方向与金属板面平行并垂直于纸面朝里.图中右边有一半径为R、圆心为O的圆形区域内也存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面朝里.一电荷量为q的正离子沿平行于金属板面、垂直于磁场的方向射入平行金属板之间,沿同一方向射出平行金属板之间的区域,并沿直径EF方向射入磁场区域,最后从圆形区域边界上的G点射出.已知弧FG所对应的圆心角为不计重力
5、.求: (1)离子速度的大小; (2)离子的质量. 【解析】 (1)由题设知,离子在平行金属板之间做匀速直线运动,洛伦兹力与电场力平衡 式中,v是离子运动速度的大小是平行金属板之间的匀强电场的强度,有 由式得 (2)在圆形磁场区域,离子做匀速圆周运动,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有 式中,m和r分别是离子的质量和它做圆周运动的半径.由题设,离子从磁场边界上的点G穿出,离子运动的圆周的圆心O必在过E点垂直于EF的直线上,且在EG的垂直平分线上(见下图).由几何关系有 r=Rtan 式中是OO与直径EF的夹角,由几何关系得 联立式得,离子的质量为 cot. 【答案】 cot 5.(2011全国理综
6、,25)如图,与水平面成45角的平面MN将空间分成和两个区域.一质量为m 、电荷量为q （q0）的粒子以速度v从平面MN上的点水平向右射入区.粒子在区运动时,只受到大小不变、方向竖直向下的电场作用,电场强度大小为E;在区运动时,只受到匀强磁场的作用,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里.求粒子首次从区离开时到出发点的距离(粒子的重力可以忽略). 【解析】 带电粒子进入电场后,在电场力的作用下沿抛物线运动,其加速度方向竖直向下,设其大小为a,由牛顿定律得 qE=ma 设经过时间粒子从平面MN上的点进入磁场,由运动学公式和几何关系得 粒子速度大小为 设速度方向与竖直方向的夹角为则 tan 此时粒
7、子到出发点的距离为 此后粒子进入磁场,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,圆周半径为 设粒子首次离开磁场的点为弧所张的圆心角为则点到点的距离为 sin 由几何关系得 联立式得 点与点相距 联立解得 . 【答案】 6.( 选做题)(2011山东理综,25)扭摆器是同步辐射装置中的插入件,能使粒子的运动轨迹发生扭摆.其简化模型如图:、两处的条形匀强磁场区边界竖直,相距为L,磁场方向相反且垂直于纸面.一质量为m、电荷量为-q、重力不计的粒子,从靠近平行板电容器MN板处由静止释放,极板间电压为U,粒子经电场加速后平行于纸面射入 区,射入时速度与水平方向夹角. (1)当区宽度、磁感应强度大小时,粒子从区右边
8、界射出时速度与水平方向夹角也为30,求及粒子在区运动的时间t; (2)若区宽度、磁感应强度大小求粒子在区的最高点与区的最低点之间的高度差h; (3)若、为使粒子能返回区,求应满足的条件; (4)若、且已保证了粒子能从区右边界射出.为使粒子从区右边界射出的方向与从区左边界射出的方向总相同,求、之间应满足的关系式. 图1【解析】 (1)如图1所示,设粒子射入磁场区的速度为v,在磁场区中做圆周运动的半径为由动能定理和牛顿第二定律得 由几何知识得 sin 联立式,代入数据得 设粒子在磁场区中做圆周运动的周期为T,运动的时间为t 联立式,代入数据得 图2(2)设粒子在磁场区做圆周运动的半径为由牛顿第二定
9、律得 由几何知识可得 cos tan 联立式,代入数据得 . (3)如图2所示,为使粒子能再次回到区,应满足 sin 或sin 联立B11式,代入数据得 或) (4)如图3(或图4)所示,设粒子射出磁场区时速度与水平方向的夹角为由几何知识可得 图3 图4 sin sin 或sinsin sinsin 或sinsin 联立式得 联立、式得 . 【答案】 (2 或 课后作业夯基(A卷)(时间:45分钟 必做题满分:100分 选做题:10分) 一、不定项选择题(本题共8小题,每小题8分,共64分.选对但不全的得5分) 1.如图所示,质量为m、电荷量为-e的电子的初速为零,经电压为U的加速电场加速后进
10、入磁感应强度为B的偏转磁场(磁场方向垂直纸面),其运动轨迹如图所示.以下说法中正确的是( ) A.加速电场的场强方向向上 B.偏转磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里 C.电子在电场中运动和在磁场中运动时,加速度都不变,都是匀变速运动 D.电子在磁场中所受的洛伦兹力的大小为 【解析】 电子带负电,向上加速运动,因此加速电场的方向应为竖直向下,选项A错误;电子刚进入时受水平向左的洛伦兹力,根据左手定则知偏转磁场的方向垂直纸面向里,选项B错误;电子在电场中运动时加速度可能变化,在磁场中运动时,加速度变化,选项C错误;根据动能定理可知,电子进入磁场时的速度为洛伦兹力的大小为f=Bev,得选项D正确. 【
11、答案】 D 2.在图中虚线所围的区域内,存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场.已知从左方P点处以速度v水平射入的电子,穿过此区域未发生偏转,设重力可忽略不计,则在这区域中的E和B的方向可能是( ) A.E和B都沿水平方向,并与v方向垂直 B.E和B都沿水平方向,并与v方向相同 C.E竖直向上,B垂直纸面向外 D.E竖直向上,B垂直纸面向里 【解析】 选项A中洛伦兹力方向在竖直方向,电场力方向垂直纸面,所以二者相互垂直,其合力与初速度方向成一角度,电子要发生偏转,A错;选项B中洛伦兹力为零,电子仅在电场力作用下做匀减速直线运动,B对;选项C中电场力竖直向下,洛伦兹力竖直向上,二力
12、平衡时也可做直线运动,C对,D错,所以应选BC. 【答案】 BC 3.环型对撞机是研究高能粒子的重要装置.正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后,沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内,空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小为B.两种带电粒子将被局限在环状空腔内,沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动,从而在碰撞区迎面相撞.为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动,下列说法正确的是( ) A.对于给定的加速电压,带电粒子的比荷越大,磁感应强度B越大 B.对于给定的加速电压,带电粒子的比荷越大,磁感应强度B越小 C.对于给定的带电粒子,加速电压U越大,粒子运动的周期越大 D.
13、对于给定的带电粒子,不管加速电压U多大,粒子运动的周期都不变 【解析】 带电粒子经过加速电场后速度为带电粒子以该速度进入对撞机的环形空腔内,且在圆环内做半径确定的圆周运动,因此对于给定的加速电压,即U一定,则带电粒子的比荷q/m越大,磁感应强度B越小,A错,B对;带电粒子运动周期与带电粒子的速度无关,当然就与加速电压U无关,因此,对于给定的带电粒子和磁感应强度B,不管加速电压U多大,粒子运动的周期不变,C错,D对. 【答案】 BD 4.如图是质谱仪的工作原理示意图.带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器.速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝
14、P和记录粒子位置的胶片.平板S下方有强度为的匀强磁场.下列表述正确的是( ) A.质谱仪是分析同位素的重要工具 B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小 【解析】 由加速电场可见粒子所受电场力向下,即粒子带正电.在速度选择器中,电场力水平向右,洛伦兹力水平向左,因此速度选择器中磁场方向垂直纸面向外,B正确;经过速度选择器时满足qE=qvB,可知能通过狭缝P的带电粒子的速率v=E/B,带电粒子进入磁场做匀速圆周运动半径R=可见当v相同时所以可以用来区分同位素,且R越小,比荷就越大,D错误. 【答案】 ABC 5.如图所示,一个质量为m、电荷量为q的带电小球从M点自由下落,M点距场区边界PQ高为h,边界PQ下方有方向竖直向下、电场强度
